Gasgeschwindigkeit

Gasgeschwindigkeit bezeichnet in der Physik die Geschwindigkeit von Gasmolekülen in einem Gas sowie die Geschwindigkeit eines Gasvolumens im Strömungsfeld. In der kinetischen Gastheorie wird die Geschwindigkeit der Moleküle durch eine Maxwell-Boltzmann-Verteilung beschrieben. Drei zentrale Größen sind die mittlere Geschwindigkeit v̄, die meistverteilte Geschwindigkeit v_p und die quadratische Mittelgeschwindigkeit v_rms. v̄ = sqrt(8kT/(πm)), v_p = sqrt(2kT/m) und v_rms = sqrt(3kT/m), wobei k die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur und m das Molekülgewicht ist.

Typische Werte für Normalgas wie Stickstoff oder Luft liegen bei etwa T = 300 K: v_p ≈ 420–430 m/s, v̄ ≈ 470–480 m/s und v_rms ≈ 520–530 m/s. Diese Größen unterscheiden sich mit der Temperatur und der Molekülmasse; leichtere Moleküle bewegen sich schneller als schwerere bei gleicher Temperatur.

Neben der Molekülgeschwindigkeit gibt es die Bulkgeschwindigkeit u eines Gases. Sie beschreibt das mittlere Gasvolumen und wird in der Praxis in m/s angegeben. In kompressiblen Strömungen spielt der Machgrad eine Rolle: Ma = u/a, wobei a die Schallgeschwindigkeit ist. a = sqrt(γ R T / M_molar) mit γ dem Adiabatenexponenten, R der Gaskonstante und M_molar der molaren Masse.

Die Geschwindigkeit beeinflusst Diffusion, Wärmeübergang und Reaktionskinetiken. Sie ist zudem eine zentrale Größe in der Gasdynamik, zum Beispiel bei Düsenetzen, Lüftungs- oder Vakuumsystemen.